第3讲机械工程常用材料及钢的热处理

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机械工程材料-3章钢的热处理

珠光体型转变，在A1～550℃等温；贝氏体型转变，在550℃～Ms等温；马氏体型转变，冷却至MS以下。
共析钢等温冷却转变曲线
随着过冷度的增大，奥氏体转变温度降低，生成的珠光体片层间距变小。依据片层间距的大小，将其分别称为珠光体、索氏体、屈氏体。珠光体片越细，HB↑，Rm↑。
珠光体符号：P 等温温度： A1 ~ 650℃ 层片间距：>0.4μm
①钢加热温度由冷却前希望得到的组织决定。如果希望得到单相奥氏体组织，需要在Ac3和Accm以上温度加热，过共析钢如果不希望二次渗碳体全部溶解到奥氏体中，需要在Ac1和Accm之间温度加热。 ②加热温度越高，保温时间越长，奥氏体成分均匀，但晶粒越粗大。 ③加热速度越快，相变的过热度增大，奥氏体实际形成温度越高，生成的奥氏体晶粒度愈小。 ④生成的奥氏体晶粒大小也与钢的化学成分和原始组织有关，有的钢晶粒长大倾向小。
表面热处理化学热处理
渗碳渗氮碳氮共渗渗金属等
3.1 钢的热处理原理
3.1.1 钢在加热时的组织转变
1 钢的组织转变温度
对不同成分和组织的钢，在进行加热或冷却时，如果加热或冷却速度非常缓慢，钢的组织变化规律和铁碳相图一致。
经过PSK线（A1）时，发生 A P 转变经过GS线（A3）时，发生 A F 转变经过ES线（Acm）时，发生 A A+Fe3CⅡ
则A1、A3、Acm被称为碳钢固态平衡组织转变临界温度。
铁碳相图
由于实际加热或冷却不可能非常缓慢，加热时相变需要具有一定的过热度，冷却时相变需要具有一定的过冷度，组织转变才能进行。习惯上，将碳钢加热时的相变温度分别标记为Ac1、Ac3、Accm，其冷却时的相变温度分别标记为Ar1、Ar3、 Arcm。例如：对亚共析钢，当加热到 Ac1时发生P→A，加热到Ac3时才全部转变为A；对共析钢当加热到Ac1时发生P→A；对过共析钢加热到Ac1时发生P→A，加热到Accm以上时渗碳体才全部转变为A。

机械基础课件：钢的热处理

连续冷却: 使奥氏体化后的钢在温度连续下降的过程中发生组织转变，包括水冷、油冷、炉冷、空冷等。
等温冷却：将奥氏体化后的钢迅速冷却到临界点A1以下某一温度，恒温停留一段时间，在这段保温时间内发生组织
钢的热处理
1. 过冷奥氏体的等温转变曲线以共析钢为例：由于过冷温度和等温时间不同，过冷奥氏体的等温转变过程及转变产物也不相同，表示过冷奥氏体不同的等温冷却温度、等温时间与转变过程及产物之间关系的曲线叫做过冷奥氏体的等温转变曲线，也称为C 1) C · 共析钢奥氏体的等温转变曲线是通过一系列不同过冷
3. (1) 从切削加工性考虑：钢件适宜的切削加工硬度为 170～230 HBS。因此，低碳钢、低碳合金钢应选用正火为预备热处理。中碳钢也可选正火，含碳量超过0.5%的钢应选用
(2) 从零件的形状考虑：对于形状复杂的零件或大型铸件，正火可能会因内应力过大而造成零件开裂，故应选用退
(3) 从经济性考虑：因正火比退火的操作简便，生产周期短，成本低，在能满足使用要求的情况下，应尽量选用正
· 通过实验测出不同的过冷奥氏体在恒温下开始转变和转变终了的时间，画到温度-时间坐标系中，然后把开始时间和转变终了时间分别连接起来，即得到图3-4所示的共析钢C
钢的热处理
图3-4 共析钢C曲线
钢的热处理
2) 共析钢过冷奥氏体等温转变产物的组织和性能 (1) 珠光体类型(高温转变产物)：共析钢A过冷到723~550℃之间，A等温转变产物属于P
钢的热处理
2. (1) (2) (3) 材料：中碳钢(45)、合金调质钢(40Cr) (4) 技术条件：表面50~55 HRC (5) 感应表面淬火方法如图3-6
钢的热处理
图3-6 钢的感应表面淬火

_3机械常用金属材料及热处理

机械常用金属材料及热处理
目录
1．1金属材料的力学性能及工艺性能
1.1.1金属材料的力学性能 1.1.2 金属材料的工艺性能
1．2钢的热处理
1.2.1．退火 1.2.2．正火 1.2.3．淬火 1.2.4．回火 1.2.5．钢的表面热处理
1．3常用的金属材料
1.3.1 碳素钢 1.3.2 合金钢 1.3.3 铸铁
板条马氏体（400×）
下贝氏体（ 400× ）
针状马氏体（400× ）
1.2.1．退火
退火：将钢加热到高于或低于临界温度，保
温一段时间后缓慢冷却（随炉冷却或埋入导热性能较差的介质中），从而获得接近平衡组织的一种热处理工艺。
退火可以获得接近平衡状态的组织，与其它热处
理工艺相比，退火钢的硬度最低，内应力可全部消除，可提高刚才冷变形后的塑性。又由于退火过程中发生重结晶，故可细化晶粒，改善组织，所以退火可以达到各个不同的目的。
1.2.3．淬火
淬火：将钢加热到Ac3（亚共析钢）或Ac1
（过共析钢）以上30－50℃ ，保温后在水中或油中快速冷却的一种操作工艺。
淬火目的: 为了获得马氏体组织，然后再配合
适当的回火，获得多种多样的使用性能。
如：刀具和量具——高的硬度和耐磨性；轴和齿
轮——较好的韧性。 ——淬火＋回火。 45钢的正常淬火 35钢的760℃淬火 T12钢的正常淬火
1.1.1.5 疲劳强度
疲劳：在交变载荷下工作的零件虽然工作应
力远低于抗拉强度，甚至低于屈服点，但在长时间工作后会突然断裂。
特点：疲劳断裂时不发生明显的塑性变形，
断裂是突然的，具有很大的危险性，常造成严重的事故。
1.1.1.5 疲劳强度

机械零件常用钢材及热处理方法

机械零件常用钢材及热处理方法机械零件是由不同材料制成的部件，而钢材是机械零件中最常用的材料之一，因其具有良好的机械性能和热处理性能。

常用钢材：1.低碳钢：低碳钢具有良好的可塑性和焊接性能，通常用于制造低强度和易变形的机械零件。

2.中碳钢：中碳钢具有较高的强度和硬度，适用于制造强度要求较高的机械零件，如轴、齿轮等。

3.高碳钢：高碳钢具有超高的强度和硬度，适用于制造需要较高耐磨性的机械零件，如刀具等。

4.合金钢：合金钢是通过添加其他合金元素来增加钢材的特性，如耐腐蚀性、耐高温性等。

通常用于制造有特殊需求的机械零件，如航空发动机的叶片等。

热处理方法：热处理是一种通过控制材料的加热和冷却过程来改变材料的物理和机械性能的方法。

常用的热处理方法如下所示：1.淬火：淬火是将材料加热至临界温度以上，然后通过迅速冷却使其快速冷却，以提高材料的硬度和强度。

2.回火：回火是将淬火后的材料再次加热至较低的温度，然后通过控制冷却速度使其重新获得合适的硬度和强度，以减少材料的脆性。

3.松火：松火是将淬火后的材料加热至低温，然后通过缓慢冷却使其松弛应力，以提高材料的韧性和耐疲劳性。

4.固溶处理：固溶处理是将合金材料加热至一定温度，使合金元素溶解在基体中，然后通过控制冷却速度形成均匀的固溶体结构，以改变材料的硬度、强度和耐腐蚀性。

5.冷处理：冷处理是将材料经过一定的加工变形后，通过低温冷却使其恢复到初始状态，以提高材料的强度和机械性能。

总结：钢材是机械零件中最常用的材料之一，常用的钢材有低碳钢、中碳钢、高碳钢和合金钢。

而热处理方法主要包括淬火、回火、松火、固溶处理和冷处理，通过控制材料的加热和冷却过程来改变材料的物理和机械性能。

这些常用钢材和热处理方法在制造机械零件中具有重要的应用价值。

精密机械设计基础第3讲机械工程常用材料及钢的热处理

调质处理－淬火＋高温回火
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Байду номын сангаас
铝合金
机械工程材料
有色金属铜合金其他有色合金
无机非金属材料陶瓷
非金属材料
有机材料
塑料橡胶合成纤维
3
3.2 金属材料的力学性能
（1）应力极限
强度极限b
颈缩阶段
屈服点s 屈服阶段
弹性极限p 弹性阶段
强化阶段
4
3.2 金属材料的力学性能
（2）强度：材料抵抗破坏的能力（3）刚度：材料抵抗变形的能力（E、G）（4）塑性：材料破坏时，遗留变形的大小
现内应力，材料变脆，须回火。 ❖ 方法：单介质淬火；双介质淬火
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3.3 钢的热处理
❖ 回火：零件淬火后，加热至适当温度后，保温，以一定速度冷却。
❖ 目的：达到设计图纸要求的硬度，消除内应力。 ❖ 回火工艺的种类：
1、低温回火（150～250C） 2、中温回火（350～500C） 3、高温回火（500～650C）
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3.3 钢的热处理
钢的热处理加热、保温、冷却改变金属整体或表面组织，获得所需
性能。种类
1、普通热处理：退火、正火、淬火、回火 2、表面热处理和化学热处理：感应加热、火焰加热、电接触加热、电解加热、渗碳、氮化、碳氮共渗 3、其他热处理
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3.3 钢的热处理
❖ 退火：加热、保温、随炉冷却 ❖ 目的：降低硬度、细化晶粒、消除内应力，预先热处理 ❖ 正火：加热、保温、空气冷却 ❖ 目的：同退火，更高的力学性能 ❖ 淬火：加热，保温，水、油或盐水冷却 ❖ 目的：提高零件的硬度和耐磨性，强化材料。但淬火后，出
精密机械设计基础第3讲机械工程常用材料及钢

机械工程材料及钢的热处理

磷化是在金属表面生成一层不溶于水的磷酸盐薄膜，可以保护金属。
常用金属材料
铸铁碳素钢合金钢有色金属材料
常用金属材料
1、铸铁：铸铁是含碳量大于2.11%的铁碳合金。
性能：具有良好的铸造性、耐磨性、吸振性及切削加工性能，而且价格低廉，生产设备简单。因此，它是应用最多的一种金属材料。
高速铣削给落地式铣镗床带来了结构上的变化，主轴箱居中的结构较为普遍，其刚性高，适合高速运行。滑枕驱动结构采用线性导轨，直线电机驱动，这种结构是高速切削所必需的，国外厂家在落地式铣镗床上都已采用，国内同类产品还不
多见，仅在中小规格机床上采用线性导轨。高速加工还对环境、安全提出了更高的要求，这又产生了宜人化生产的概念，各厂家都非常重视机床高速运行状态下，对人的安全保护与可操作性，将操作台、立柱实行全封闭式结构，既安全又美观。
回火：将淬火后的工件加热到临界温度以下，保温一定时间后在空气或水或油中冷却。
目的：硬度、强度略有降低，但消除了内应力和脆性。
调质：淬火＋高温回火，可以使钢材获得良好的综合机械性能。
表面化学热处理
化学热处理是将钢件放在某种化学介质中，通过加热、保温、冷却的方法使介质中的某些元素渗入钢件表面，改变了表面层的化学成分，从而使其表面具有与内部不同的特殊性能。一般都是使表面获得高硬度、高疲劳极限，以及耐磨、防腐蚀性能。
钢的热处理可以改善钢的加工工艺性能、提高钢的机械性能、增加寿命、耐磨性等。
热处理方法：
1、退火：将钢件加热到临界温度以上20－30
度，经保温一段时间后随热处理炉（或埋入石灰石、沙中冷却）缓慢冷却至500度以下，然后在空气中冷却。

机械常用金属材料及热处理

机械常用金属材料及热处理1. 引言金属材料是机械工程中常用的材料之一，具有良好的机械性能和热导性能。

在机械设计和制造中，了解机械常用金属材料的特性以及正确的热处理方法是非常重要的。

本文将介绍一些常见的机械金属材料以及它们的热处理方法。

2. 钢材钢材是机械行业常用的金属材料之一，具有高强度、耐磨性和良好的可塑性。

常见的钢材类型包括碳钢、合金钢和不锈钢等。

2.1 碳钢碳钢是最常见的钢材类型之一，其主要成分为碳和铁。

碳钢具有良好的强度和韧性，广泛应用于机械零件和结构件的制造。

热处理方法包括淬火、回火、正火和退火等。

•淬火：通过快速冷却使碳钢的组织变质，提高其硬度和强度。

•回火：通过加热和冷却过程，使碳钢的硬度降低并提高其韧性。

•正火：将碳钢加热至临界温度，然后进行连续冷却，使碳钢的组织产生相应的变化。

•退火：将碳钢加热至适当温度，然后缓慢冷却，以改善碳钢的塑性和可加工性。

2.2 合金钢合金钢是一种含有其他元素（如镍、铬、钼等）的钢材，具有更高的强度、硬度和耐磨性。

热处理方法和碳钢类似，但因合金元素的添加，热处理过程可能会有所不同。

2.3 不锈钢不锈钢是一种具有耐腐蚀性的钢材，主要成分为铁、铬和镍。

不锈钢具有优良的耐腐蚀性和高温强度，广泛应用于食品加工、化工和航空航天等领域。

常见的不锈钢类型包括奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢和铁素体不锈钢等。

3. 铝合金铝合金是另一种常用的金属材料，具有低密度、良好的导热性和可塑性。

铝合金广泛应用于汽车、航空和建筑等领域。

铝合金的热处理方法主要包括固溶处理和时效处理。

•固溶处理：将合金加热至一定温度，使可溶固溶于固体溶液中，然后快速冷却。

•时效处理：将固溶处理后的合金加热至适当温度，然后冷却，以产生所需的强化相。

4. 铜合金铜合金是一种具有良好导电性和热导性的金属材料，广泛应用于电子、航空和化工等领域。

铜合金的热处理方法包括退火、固溶处理和时效处理等。

•退火：将铜合金加热至特定温度，然后缓慢冷却以改善材料的可塑性。

机械工程常用材料及钢的热处理

静拉伸试验--低碳钢
第二节金属材料的力学性能
标准试件
应力-应变曲线
材料拉伸试验机
应力-应变曲线
Oa段：弹性变形阶段 ab段：屈服阶段 bc段：塑性变形阶段
（强化阶段）
冷作硬化
cd段：颈缩阶段
第二节金属材料的力学性能
第二节金属材料的力学性能
¤ 应力极限
四个阶段
弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、颈缩阶段
08、10钢，塑性、韧性高，具有优良的冷成形性能和焊接性能，常冷轧成薄板，用来制作仪表外壳、汽车和拖拉机上的冷冲压件，如汽车车身、拖拉机驾驶室等。
15、20、25钢用来制作尺寸较小、负荷较轻、表面要求耐磨、心部强度要求不高的渗碳零件，如活塞销等。
30、35、40、45、50经热处理（淬火+高温回火）后可获得良好的综合力学性能，即具有较高的强度和较高的塑性、韧性，用来制造齿轮、轴类、套筒等零件。
三个极限
弹性极限 p 屈服极限 s
0.2 强度极限 b
铸铁条件屈服极限
对应某些没有明显屈服现象的材料，规定对应于产生0.2%残余应变时的应力值为屈服强度。
ห้องสมุดไป่ตู้
第二节金属材料的力学性能
¤ 强度：材料抵抗破坏（失效）的能力在静应力作用下，机械零件的失效形式主要是
塑性屈服和脆性断裂。
机械工程材料
金属材料
非金属材料
钢铁材料非铁金属
铸铁
钢（碳钢、合金钢）铝合金铜合金其他有色合金
无机非金属材料陶瓷（普通陶瓷、特种陶瓷）
有机材料
塑料橡胶合成纤维
第二节金属材料的力学性能
在结构设计中，为保证零件正常工作，要涉及强度、刚度问题，这些条件又涉及材料的力学性能。金属材料的机械力学性能主要包括：弹性模量E、切变模量G、屈服极限、强度极限、硬度、延伸率等。这些性能指标是通过试验测定的——静拉伸试验。

简述钢的普通热处理

钢的普通热处理方法：
1.正火：将钢加热到适当温度，保温一段时间后取出在空气中
冷却。

正火的主要应用范围有：用于低碳钢，正火后硬度略高于退火，韧性也较好，可作为切削加工的预处理；用于中碳钢，可代替调质处理作为最后热处理，也可作为用感应加热方法进行表面淬火前的预备处理；用于工具钢、轴承钢、渗碳钢等，可以消降或抑制网状碳化物的形成，从而得到球化退火所需的良好组织；用于铸钢件，可以细化铸态组织，改善切削加工性能；用于大型锻件，可作为最后热处理，从而避免淬火时较大的开裂倾向；用于球墨铸铁，使硬度、强度、耐磨性得到提高，如用于制造汽车、拖拉机、柴油机的曲轴、连杆等重要零件。

2.淬火：将钢加热至高温后快速冷却，使其硬化。

淬火的主要
目的是提高钢的硬度、强度和耐磨性。

3.回火：将淬火后的钢加热到一定温度并保温一段时间，然后
冷却。

回火的主要目的是消除淬火产生的内应力，降低硬度和脆性，以取得预期的力学性能。

4.退火：将钢加热至适当温度并保温一段时间后缓慢冷却。

退
火的主要目的是调整硬度以方便切削加工，消除内应力，稳定尺寸，防止加工中变形。

退火还能细化晶粒，改善组织。

5.表面热处理：包括表面淬火和火焰加热表面淬火等。

表面热
处理的主要目的是提高材料表面的硬度和耐磨性。

6.化学热处理：包括渗碳、渗氮、碳氮共渗等。

化学热处理的
主要目的是改变材料表面的化学成分，以提高其耐腐蚀性和耐磨性。